移位寄存器可降低 LED 设计的尺寸和成本
出处:维库电子市场网 发布于:2023-09-20 16:17:02
移位寄存器有助于减小使用 LED 的设计中的尺寸和材料清单。通过提供输入/输出扩展,它们可以使用更小、更便宜的微控制器。在某些情况下,移位寄存器可用于直接驱动 LED,从而无需外部 LED 驱动器。这不仅可以节省成本,而且可以驱动更多种类的 LED。
使用移位寄存器
在使用 LED 的设计中,移位寄存器非常有用。例如,如果系统包括七段显示器、单个指示器或形成网格或面板的 LED 阵列,则可以使用标准 8 位移位寄存器来允许低引脚数微控制器驱动多个LED。
图 1 给出了一个示例。具有串行输入和串行或并行输出的单个 5V 74HC595 移位寄存器为微控制器提供 I/O(输入/输出)扩展。串行数据应用于 74HC595 的串行输入,并通过输入时钟计时。加载 74HC595 后,输出时钟将数据应用到存储寄存器以及并行和串行输出。然后由 74HC595 控制的外部驱动器激活相应的 LED。
使用 74HC595 进行 I/O 扩展意味着只需三个微控制器单元 (MCU) 控制引脚即可驱动多达 8 个 LED。减少控制引脚的数量可以使用引脚数更少的 MCU,从而实现更小、更具成本效益的设计。此外,由于 74HC595 包含串行输出,因此可以将多个器件级联在一起。图 2 给出了布局。现在,通过级联,微控制器上相同的三个引脚可用于控制多达 16 或 24 个 LED,而不是仅仅 8 个。级联移位寄存器的能力可以减少设计中所需的微控制器总数,这也有助于降低成本和减小尺寸。
开漏输出
将开漏输出添加到移位寄存器可创建一个单芯片解决方案,无需外部驱动器。这可以显着减少物料清单,因为移位寄存器的每个输出都可以直接驱动 LED。
图 3 给出了此类器件(NXP 的 NPIC6C596A LED 驱动器)的输出原理图,该器件将类似于 74HC595 的移位寄存器功能与高压 (HV) 金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 驱动器结合在一起。
图 4 显示了用来代替 74HC595 的 NPIC6C596A。进行这种替代可以消除对外部驱动器的需求,从而创造出更紧凑且材料成本更低的设计。
NPIC6C 器件具有可承受 33V 电压的开漏输出。每个输出设计为灌电流 100mA,并且对地电流没有限制。所有输出均可同时主动吸收 100mA 电流。输出包括限流电路,可将可吸收电流设置为 250mA,并且每个输出还包括热保护。拥有这些保护意味着 NPIC6C596A 器件可用于驱动比 74HC595 更广泛的 LED,包括在更高电压和更高正向电流下工作的 LED。
保护功能
图 5 显示了 NPIC6C596A 开漏输出上的限流电路的行为。该电路限制每个输出可以吸收的电流。随着漏极电压增加,漏源电流减小。这可以保护输出及其驱动的组件。在 25°C 时,输出钳位通常在漏源电流为 250mA 时激活。
图 6 显示了 NPIC6C596A 的开漏输出如何提供热保护。钳位电流与温度成反比。随着温度升高,输出电阻增加,从而限制漏源电流并防止损坏输出及其驱动的组件。在 25°C 时,输出通常将漏源电流限制为 120mA。
多种选择
表 1 显示了 NXP 提供的 NPIC6C LED 驱动器。NPIC6C596 和 NPIC6C596A 是 8 位解决方案,而 NPIC6C4894 是 12 位解决方案。所有都包括用于级联的串行输出。数据在输入时钟的上升沿通过移位寄存器传播。对于 NPIC6C595 和 NPIC6C4894,使用相同的上升沿将数据计时至串行输出 QS。NPIC6C596 和 NPIC6C596A 将串行输出延迟到输入时钟的下一个下降沿。延迟提供了更长的数据保持时间,从而提高了时序余量并使级联多个移位寄存器变得更容易。
NPIC6C596 和 NPIC6C4894 可在 4.5 至 5.5V 电压范围内使用,因此适用于 5.0V 控制逻辑接口。NPIC6C596A 的工作电压范围为 2.3 至 5.5V,因此可与 5.0、3.3 和 2.5V 控制逻辑接口一起使用。所有 NPIC6C 器件的工作温度范围为 -40 至 +125°C,输入时钟频率至少为 10MHz。
NPIC6C LED 驱动器采用行业标准小外形 (SO) 和(薄型小外形封装)TSSOP 封装,以及节省空间的稀疏超薄四方扁平无引线 (DQFN) 无引线封装,它比 TSSOP 小 76%,比四方扁平无引线 (QFN) 小 40%。DQFN 封装还包括散热器,是使用较高电流的空间受限应用的封装。还提供汽车变型。
更小、更便宜
当 LED 成为设计的一部分时,移位寄存器使得使用更小、更便宜的微控制器成为可能。包括 NXP 在内的许多供应商都提供标准 8 位移位寄存器(例如 74HC595)。配备开漏输出的移位寄存器(例如 NXP 的 NPIC6C 系列)更进一步,因为它们无需外部 LED 驱动器。
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